JP2019120402A - 摩擦伝動ベルトおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
複合繊維層は、繊維部材およびイソシアネート化合物を含んでいる。
本発明では、繊維部材を構成する繊維がセルロース系繊維を含むため、摩擦伝動面において吸水性に優れ、プーリとベルトとの間に水膜が形成され難く、スティックスリップの発生が抑制され、被水時の耐発音性が高い。
セルロース系繊維には、セルロース繊維(植物、動物またはバクテリアなどに由来するセルロース繊維)、セルロース誘導体の繊維が含まれる。
繊維部材は、セルロース系繊維が摩耗するのを抑制して被水時の耐発音性を長期に亘って持続させるために、セルロース系繊維に加えて、合成繊維をさらに含んでいてもよい。
繊維部材は、セルロース系繊維および合成繊維の他に、他の繊維をさらに含んでいてもよい。他の繊維としては、羊毛、絹などの動物由来の繊維や、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維などの無機繊維などが挙げられる。他の繊維の割合は、セルロース系繊維100質量部に対して、例えば100質量部以下(例えば0〜100質量部)であってもよく、例えば0.1〜30質量部、好ましくは0.5〜20質量部、さらに好ましくは1〜10質量部程度である。他の繊維の割合が多すぎると、複合繊維層の吸水性が低下し、被水時の耐発音性が低下する虞がある。
繊維部材は、伝動ベルトの摩擦伝動面を被覆可能な形態(構造)であればよく、通常、編布、織布、不織布などから選択された少なくとも1種の布帛(または帆布)で形成できる。これらの布帛のうち、編布で繊維部材を形成するのが好ましい。編布は、伸縮性に優れるため、加硫時のゴムの流れに追従して拡張し、ゴムが摩擦伝動面に露出するのを防ぐことができ、被水時の耐発音性を向上できる。さらに編布は、摩擦伝動面の輪郭(リブ形状など)に沿わせて繊維部材を積層するために好適である。
複合繊維層は、前記繊維部材に加えてイソシアネート化合物を含むことにより、複合繊維層の耐摩耗性が高まり、被水時の耐発音性を長期に亘って持続できる。詳しくは、イソシアネート化合物は、反応性の高いイソシアネート基を有するため、繊維部材を構成するセルロース系繊維や後述する圧縮層のゴム成分における官能基(ヒドロキシル基やカルボキシル基などの活性水素原子を有する基)と反応して、繊維部材自体の機械的特性および圧縮層との接着性を向上することにより、複合繊維層の耐摩耗性を向上できる。本発明では、複合繊維層を構成する繊維部材がイソシアネート化合物と組み合わされるため、帆布処理剤として汎用されているレゾルシン−ホルマリン−ラテックス液(RFL液)やエポキシ樹脂を用いることなく、複合繊維層の接着性や機械的特性を向上できる。
複合繊維層は、繊維部材およびイソシアネート化合物に加えて、イソシアネート化合物の硬化剤(例えば、アルカンジオールなどのポリオール類や、アルキレンジアミンやアレーンジアミン(キシリレンジアミンなど)などのポリアミン類など)をさらに含んでいてもよい。硬化剤の割合は、イソシアネート化合物100質量部に対して100質量部以下であってもよく、例えば0.1〜50質量部、好ましくは0.5〜30質量部、さらに好ましくは1〜10質量部程度である。
圧縮層は、通常、ゴム(またはゴム組成物)で形成できる。ゴム(ゴム組成物を構成するゴム)としては、公知のゴム成分および/またはエラストマー、例えば、ジエン系ゴム(天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(ニトリルゴム)、水素化ニトリルゴム(水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマーを含む)など)、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどが例示できる。これらの成分は単独または組み合わせて使用できる。これらのゴム成分のうち、有害なハロゲンを含まず、耐オゾン性、耐熱性、耐寒性を有し、経済性にも優れる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDMなど)などのエチレン−α−オレフィン系ゴム)が好ましい。
芯体としては、特に限定されないが、通常、ベルト幅方向に所定間隔で配列した心線(撚りコード)を使用できる。心線は、特に限定されず、例えば、ポリエステル繊維(ポリアルキレンアリレート系繊維)、ポリアミド繊維(アラミド繊維など)などの合成繊維、炭素繊維などの無機繊維などを含んでいてもよい。
伸張層は、圧縮層と同様のゴム組成物で形成してもよく、帆布などの布帛(補強布)で形成してもよい。布帛(補強布)としては、例えば、織布、広角度帆布、編布、不織布などの布材などが挙げられる。これらのうち、平織、綾織、朱子織などの形態で製織した織布や、経糸と緯糸との交差角が90〜120°程度の広角度帆布や編布などが好ましい。補強布を構成する繊維としては、前記繊維部材の項で例示した繊維(吸水性繊維、非吸水性繊維など)などを利用できる。
接着層は、前記の通り、必ずしも必要ではない。接着層(接着ゴム層)は、例えば、前記圧縮層(圧縮ゴム層)と同様のゴム組成物(エチレン−α−オレフィンエラストマーなどのゴム成分を含むゴム組成物)で構成できる。接着層のゴム組成物は、さらに接着性改善剤(レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、アミノ樹脂など)を含んでいてもよい。
本発明の摩擦伝動ベルトの製造方法は、繊維部材とイソシアネート化合物とを含む複合繊維層用シートを形成する複合繊維層形成工程を含む。
複合繊維層形成工程において、繊維部材とイソシアネート化合物とを含む複合繊維層用シートを形成する方法としては、特に限定されないが、繊維部材中に均一にイソシアネート化合物を分布させ易い点から、イソシアネート化合物を含む液状組成物を利用する方法が好ましく、例えば、液状組成物を繊維部材に塗布またはスプレーする方法であってもよく、液状組成物中に繊維部材を浸漬する方法(浸漬処理)であってもよい。これらの方法では、液状組成物が繊維部材の内部に浸透するため、繊維部材の表面および内面にイソシアネート化合物を略均一に分布させることができ、繊維部材全体に亘って略均一に繊維表面をイソシアネート化合物で被覆できる。これらの方法のうち、繊維部材の内部にまで浸透させ易く、かつ作業性にも優れる点から、浸漬処理により、繊維部材中にイソシアネート化合物を含浸させて両者を一体化する方法が特に好ましい。なお、本明細書および特許請求の範囲中で「繊維部材とイソシアネート化合物が一体化する」とは、繊維部材の繊維間にイソシアネート化合物が分布している状態を意味する。
本発明の摩擦伝動ベルトは、前記複合繊維層形成工程以外は、慣用の摩擦伝動ベルトの製造方法を利用でき、摩擦伝動面(圧縮ゴム層)を複合繊維層で被覆する被覆工程を経て製造できる。この被覆工程は、例えば、複合繊維層用シートと、ゴム(またはゴム組成物)で構成された圧縮層用シートと、芯体と、伸張層用シートとを積層し、得られた積層体を成形型で筒状に成形し、加硫してスリーブを成形し、この加硫スリーブを所定幅にカッティングすることにより、複合繊維層が摩擦伝動面(圧縮ゴム層)を被覆したベルトを作製できる。
先ず、外周面に可撓性ジャケットを装着した円筒状内型を用い、外周面の可撓性ジャケットに未加硫の伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に芯体を形成する心線(撚りコード)を螺旋状にスピニングし、さらに未加硫の圧縮層用シートと複合繊維層用シートとを巻き付けて積層体を作製する。次に、前記内型に装着可能な外型として、内周面に複数のリブ型が刻設された筒状外型を用い、この外型内に、前記積層体が巻き付けられた内型を、同心円状に設置する。その後、可撓性ジャケットを外型の内周面(リブ型)に向かって膨張させて積層体(圧縮層)をリブ型に圧入し、加硫する。そして、外型から内型を抜き取り、複数のリブを有する加硫ゴムスリーブを外型から脱型することによりスリーブ状のVリブドベルトを作製できる。なお、スリーブ状のVリブドベルトは、必要により、カッターを用いて、加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅にカットし、Vリブドベルトを作製してもよい。この第1の製造方法では、伸張層、芯体、圧縮層、複合繊維層を備えた積層体を一度に膨張させて複数のリブを有するスリーブ(またはVリブドベルト)に仕上げることができる。
第1の製造方法に関連して、例えば、特開2004−82702号公報に開示される方法(複合繊維層および圧縮層のみを膨張させて予備成形体(半加硫状態)とし、次いで伸張層と芯体とを膨張させて前記予備成形体に圧着し、加硫一体化してVリブドベルトに仕上げる方法)を採用してもよい。
表1に示すゴム組成物をバンバリーミキサーでゴム練りし、この練りゴムをカレンダーロールに通して所定厚みの未加硫圧延ゴムシート(圧縮層用シート)を作製した。また、表1に示すゴム組成物を用い、圧縮層用シートと同様にして、伸張層用シートを作製した。なお、表1の成分は下記の通りである。
酸化亜鉛:正同化学工業(株)製、「酸化亜鉛3種」
ステアリン酸:日油(株)製「ステアリン酸つばき」
カーボンブラック:東海カーボン(株)製、「シーストV」、平均粒子径55nm
軟化剤:パラフィン系オイル、出光興産(株)製、「NS−90」
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製、「ノクラックMB」
有機過酸化物:日油(株)製、「パークミルD−40」
共架橋剤:大内新興化学工業(株)製、「バルノックPM」
[熱反応型イソシアネート含浸編布の調製]
セルロース系繊維としての綿紡績糸(40番手、1本)と、合成繊維としてのPTT/PETコンジュゲート複合糸(繊度84dtex)とを、セルロース系繊維/合成繊維=80/20の質量比で編成し、編組織が緯編(鹿の子、2層)の編布(繊維部材)を作製した。得られた編布の厚みは0.85mmであり、編布密度(ウェール+コース)は100本/インチであった。
外周面に可撓性ジャケットを装着した円筒状内型を用い、外周面の可撓性ジャケットに未加硫の伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に芯体となる心線(撚りコード)を螺旋状にスピニングし、さらに未加硫の圧縮層用シートと複合繊維層用シート(熱反応型イソシアネート含浸編布)とを巻き付けて積層体を作製した。なお、心線には、1100dtex/1×4構成のアラミドコードを用いた。ゴムとの接着性を向上させるため、予め心線をレゾルシン−ホルマリン−ラテックス液(RFL液)へ浸漬処理した後、EPDMを含むゴム組成物を有機溶媒(トルエン)に溶解させた処理液でコーティング処理を行った。
直径140mmの駆動プーリ(Dr.)、直径60mmのテンションプーリ1(Ten.1)、直径50mmの従動プーリ1(Dn.1)、直径60mmのテンションプーリ2(Ten.2)、直径111mmの従動プーリ2(Dn.2)を順に配した図2にレイアウトを示す試験機を用いてベルトを走行し、耐久試験を行った。試験機の各プーリに、得られたVリブドベルトを掛架し、駆動プーリの回転数を800±160rpmで変動させ、従動プーリ1の負荷を16N・m、従動プーリ2は無負荷とし、ベルト張力は200N/6リブとした。駆動プーリと従動プーリ2の中心の位置でベルトの圧縮層側から注水を行った。注水は60秒に1回(5秒間)行い、注水量は100cc/秒(500cc/5秒)とした。試験温度は25℃で、試験時間は60分とした。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、熱反応型イソシアネートを含む浸漬液での浸漬処理および乾燥処理を行わなかった以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを調製し、耐久試験条件1で走行させた。
[式中、K1=N1/R1、K2=N2/R2であり、R1は無負荷運転時の駆動プーリの回転速度(rpm)、N1は無負荷運転時の従動プーリの回転速度(rpm)、R2は負荷運転時の駆動プーリの回転速度(rpm)、N2は負荷運転時の従動プーリの回転速度(rpm)を示す]
実施例1と同様の方法で加硫ゴムスリーブを製造した後、カッターを用いて、加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅にカットし、Vリブドベルト(リブ数:3個、周長:1500mm、ベルト形:K形、ベルト厚み:4.3mm、リブ高さ:2mm、リブピッチ:3.56mm)を作製した。
直径140mmの駆動プーリ(Dr.)、直径50mmの従動プーリ(Dn.)、直径55mmのアイドラープーリ1(Id.1)、直径55mmのテンションプーリ(Ten.)、直径55mmのアイドラープーリ2(Id.2)を順に配した図3にレイアウトを示す試験機を用いてベルトを走行し、耐久試験を行った。試験機の各プーリに、得られたVリブドベルト(リブ数3、周長1500mm)を掛架し、駆動プーリの回転数を800rpm、従動プーリの負荷を15N・mとし、ベルト張力は150N/3リブとした。駆動プーリと従動プーリの中心の位置でベルトの圧縮層側から注水を行った。注水は60秒に1回(5秒間)行い、注水量は100cc/秒(500cc/5秒)とした。試験温度は25℃で、試験時間は45分とした。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、熱反応型イソシアネートXを含む浸漬液の固形分濃度が3質量%となるように希釈する以外は実施例2と同様の方法でVリブドベルトを調製し、耐久試験条件2で走行させた。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、熱反応型イソシアネートXを含む浸漬液の固形分濃度が1質量%となるように希釈する以外は実施例2と同様の方法でVリブドベルトを調製し、耐久試験条件2で走行させた。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、セルロース系繊維と合成繊維との質量比を、セルロース系繊維/合成繊維=60/40の質量比で編成する以外は実施例2と同様の方法でVリブドベルトを調製し、耐久試験条件2で走行させた。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、セルロース系繊維と合成繊維との質量比を、セルロース系繊維/合成繊維=50/50の質量比で編成する以外は実施例2と同様の方法でVリブドベルトを調製し、耐久試験条件2で走行させた。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、セルロース系繊維と合成繊維との質量比を、セルロース系繊維/合成繊維=30/70の質量比で編成する以外は実施例2と同様の方法でVリブドベルトを調製し、耐久試験条件2で走行させた。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、熱反応型イソシアネートXの代わりに熱反応型イソシアネートY(第一工業製薬(株)製「エラストロンBN−77」、解離温度120℃、固形分濃度30質量%)を用いる以外は実施例2と同様の方法でVリブドベルトを調製し、耐久試験条件2で走行させた。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、編組織が緯編(鹿の子、2層)の編布(厚み0.85mm、編布密度100本/インチ)の代わりに編組織が緯編(鹿の子、単層)の編布(厚み0.6mm、編布密度80本/インチ)を作製する以外は実施例2と同様の方法でVリブドベルトを調製し、耐久試験条件2で走行させた。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、合成繊維としてPTT/PETコンジュゲート複合糸(繊度84dtex)の代わりにPET/PUカバリング糸(繊度84dtex)を用いる以外は実施例2と同様の方法でVリブドベルトを調製し、耐久試験条件2で走行させた。
A:目視可能なホツレなし
B:微小なホツレ発生
C:大きなホツレ発生。
熱反応型イソシアネート含浸編布の調製において、浸漬後の乾燥温度を180℃とした以外は実施例1と同様の方法でVリブドベルトを調製したが、乾燥温度が高すぎるため、繊維部材の伸度が低下し、リブ形状不良が発生した。このような不具合を防ぐためには、ブロックドイソシアネートの解離温度は高い方が好ましく、繊維部材の乾燥温度はブロックドイソシアネートの解離温度よりも十分に低くするのが好ましい。
2…圧縮層
3…芯体
4…伸張層
5…複合繊維層
Claims (12)
- 摩擦伝動面が、複合繊維層で被覆された摩擦伝動ベルトであって、前記複合繊維層が繊維部材およびイソシアネート化合物を含み、前記繊維部材がセルロース系繊維を含む摩擦伝動ベルト。
- イソシアネート化合物の割合が複合繊維層中3〜20質量%である請求項1記載の摩擦伝動ベルト。
- イソシアネート化合物が、熱反応型イソシアネート化合物である請求項1または2記載の摩擦伝動ベルト。
- 熱反応型イソシアネート化合物の解離温度が120℃以上である請求項3記載の摩擦伝動ベルト。
- セルロース系繊維が、セルロースで形成された紡績糸である請求項1〜4のいずれか一項に記載の摩擦伝動ベルト。
- 繊維部材が合成繊維をさらに含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の摩擦伝動ベルト。
- Vリブドベルトである請求項1〜6のいずれか一項に記載の摩擦伝動ベルト。
- 繊維部材とイソシアネート化合物とを含む複合繊維層用シートを形成する複合繊維層形成工程を含む請求項1〜7のいずれか一項に記載の摩擦伝動ベルトの製造方法。
- 複合繊維層形成工程において、イソシアネート化合物を含む液状組成物中に繊維部材を浸漬することにより、繊維部材中にイソシアネート化合物を含浸させる工程を含む請求項8記載の製造方法。
- 液状組成物が、熱反応型イソシアネート化合物を含む水溶液である請求項9記載の製造方法。
- 複合繊維層形成工程において、浸漬によって液状組成物が含浸した繊維部材を熱反応型イソシアネート化合物の解離温度未満の温度で乾燥する請求項9または10記載の製造方法。
- 液状組成物中のイソシアネート化合物の割合が1〜8質量%である請求項9〜11のいずれか一項に記載の製造方法。
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